高速压控振荡器 【技术领域】
本发明一般地涉及电子电路，特别涉及压控振荡器(VCOs)。
背景技术
VCOs是众所周知的装置，并用于多种用途，例如，为构建网络和通讯系统用以生成频率信号。大多数VCO是单端的，或是差动CMOS(互补型金属氧化物半导体)，例如，单端CMOS VCO，差动CMOS VCO和双极VCO。在如今的信息时代，由于构建网络和通讯系统日益增长地起着更加重要的作用，为支持这些系统的速度，对高速VCO的需求明显增加。高速VCO一般都用双极晶体管实现。无论如何，这些VCO有一个严重的缺点。特别是，这些VCO的输出不能提供一致的运转性能。这些VCO按照输入信号的速度改变其输出频率漂移(swing)。输出频率的这种改变，严重地影响使用这种VCO的电路的总体的运作。
因此，需要一种能以提供一致的输出性能的高速VCO。
【发明内容】
本发明提供了一种高速VCO。根据本发明的一个实施例，提供了一个VCO缓冲单元。该单元包括一对差动晶体管，它具有用以接收输入信号的输入端，和响应输入信号提供差动电压漂移的输出端；以及一个电流反射镜电路，该电路可操作地耦合至该对晶体管上，电路配置成能接收第一个外部参考电流，并提供一个镜像电流给一个工作着地晶体管。差动电压漂移具有一个根据参考电流确定的频率。
根据本发明一个特定实施例的一个方面，单元的电流反射镜电路包括一个第一电流反射镜(mirror)，其配置成能接收第一外部参考电流并提供镜像电流；和一个可操作地耦合到第一电流反射镜上的第二电流反射镜，其配置成能接收镜像电流，并将其提供给一个有源晶体管，和提供一个参考电压，以使有源晶体管的输出等于参考电压的镜像值。电流反射镜电路能使VCO缓冲单元的输出频率漂移进行自动调整，而与单元所接收的输入信号速度的改变无关。这就保证了单元输出的一致性能。
根据本发明的特定实施例的另一方面，单元的一对晶体管为双极晶体管，电流反射镜电路由MOS(金属氧化物半导体)晶体管构成。
根据本发明的特定实施例的再一方面，单元还包括两个射极跟随器，每一个跟随器都可操作地耦合到相应的一个晶体管的输出端上，用以提供移动到差动电压漂移的电压电平移动(shifting)。
根据本发明的特定实施例的又一方面，单元还包括两个电容性电路，每一个电路都耦合在相应的一个晶体管的输出端和预定的电压电平之间，用以对差动电压漂移的频率进行调整，和提供箝位于晶体管输出的电压。
本发明还提供了一种具有许多VCO缓冲单元的多-级环形振荡器。
参照以下连同附图的说明和权利要求，本发明的其它目的和成果以及对其充分的理解将变得显然和明了。
【附图说明】
通过实施例，参照附图，将对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为根据本发明一个实施例的VCO缓冲单元的示意图；和
图2表示使用图1所示VCO缓冲单元的一个五-级环形振荡器。
贯穿全部附图，同一参考数字表示相同的或对应的特征或功能。
【具体实施方式】
图1为根据本发明一个实施例的VCO缓冲单元10的示意图。如图1所示，VCO缓冲单元10包括一对输入差动晶体管Q0和Q1，和一个电流反射镜电路，该电路由一个第一电流反射镜14和一个第二电流反射镜18构成。第一电流反射镜14由晶体管M2，M3和M5构成；第二电流反射镜18由晶体管M0，M1和M4构成。单元10还包括两个射极跟随器，每一个由双极晶体管Q3和Q4中的一个构成，分别连接在差动对Q0和Q1的输出端V1和V2上。单元10另外还包括下拉晶体管Q5和Q6，以及晶体管Q2和Q7，其配置成能起到电容器的作用，用以调整单元10的输出频率。由Vcolbias供给参考电流。电流反射镜14对该参考电流产生镜像电流，该参考电流流过晶体管M2和M3。可以调整该电流以控制VCO缓冲单元的输出频率或速度，于是大电流将使速度增加，而小电流将使速度降低。再次由电流反射镜18对流过晶体管M3的电流产生镜像电流，流过晶体管M3的电流流过两个晶体管Q0和Q1中被接通的一个。电流反射镜电路能使VCO缓冲单元的输出频率漂移进行自动调整，而与单元所接收的输入信号速度的改变无关。这就保证了单元输出的一致性能。
在图1中，若Vin是工作的而VinNot是暂停不用的，于是晶体管Q0被接通，而晶体管Q1保持断开，电流流过晶体管M1和Q0。晶体管M1中的电流使晶体管Q0的输出电压V01处于低状态，且其值等于晶体管M4漏极端子处参考电压Vref的镜像值。Vref等于Vdd-Vth，Vth为晶体管M4的阈值电压。另一方面，由于没有电流流过晶体管M0或Q1，晶体管Q1的输出电压V02处于高状态并等于Vdd。晶体管Q3构成一个射极跟随器，其射极电压VoutNot基本是带有偏置地跟随其基极电压V01。于是，VoutNot和V01一样也处于低状态并等于Vdd-Vth-Vbe1，其中Vbe1为晶体管Q3的基极和射极两端的电压。同样地，晶体管Q4的射极电压Vout基本是带有偏置地跟随其基极电压V02。于是，Vout和V02一样也处于高状态并等于Vdd-Vbe2，其中Vbe2为晶体管Q4的基极和射极两端的电压。在本发明的这一特定的实施例中，Vbe1＝Vbe2。射极跟随器Q3和Q4用以为VCO缓冲单元的下一极进行电平移动。
在图1中，若Vin是暂停不用的而VinNot是工作的，反之也是正确的。换句话说，V01＝Vdd，V02＝Vdd-Vth，VoutNot＝Vdd-Vbe1和Vout＝Vdd-Vth-Vbe2。
在本发明的上述特定实施例中，若Vin大于VinNot超过26mV，于是强大的电流流过晶体管Q0。同样，若VinNot大于Vin超过26mV，于是强大的电流流过晶体管Q1。若Vin＝VinNot，则约50％的电流流过每一个晶体管Q0和Q1。
在本发明的这一实施例中，如果晶体管Q0和Q1没有一个是接通的，于是两个晶体管中的任何一个都没有电流流过。这时，V01＝V02＝Vdd，即，二者都处于高状态。VCO缓冲单元10的输出也处于高状态，即，VoutNot＝Vdd-Vbe1和Vout＝Vdd-Vbe2。
在图1中，双极晶体管Q2和Q7形成二极管并起到电容器的作用。它们被放置在差动晶体管对Q0和Q1的输出端，作为电容性负荷。由于大电容量振荡器减慢，它们还能调整VCO缓冲单元10的输出频率。晶体管Q2和Q7还提供使输出电压V01和V02处于低状态的箝位功能，从而使在晶体管Q2和Q7的基极和集极两端的电压等于晶体管M4的阈值电压加上相应的在晶体管Q3和Q4的基极和射极两端的电压。巨大的电容量值将使振荡器减慢。
晶体管Q5和Q6为下拉晶体管，它们分别由晶体管Q3和Q4释放电流。由VcoVbb为单元10提供另一个参考电流，用以启动晶体管Q5和Q6。另外，可以使用电阻器代替晶体管Q5和Q6以及在VcoVbb提供的参考电流。
图2表示根据本发明一个实施例的五-级环形振荡器。振荡器50包括五个VCO缓冲单元10，一个电流反射镜54和一个晶体管电路58。一个第一参考电流提供给电流反射镜54的输入端Vcolbias，该电流反射镜分别通过相应的Vcolbias端为五个单元10提供镜像电流。该电流控制振荡器50的输出频率。一个第二参考电流通过一个输入端Ivbb提供给晶体管电路58。晶体管电路58提供电流镜像功能，并产生一个输出电流，通过五个单元10相应的输入端VcoVbb提供给五个单元10。
结合特定的实施例已经对本发明作了详细说明，很明显，根据前述说明，很多替换、修改和变化对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，意欲使所有这些替换方案、修改和变化都包含在所附权利要求的精神和范围之内。